探究加速度與力、質(zhì)量

《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)內(nèi)容分析1．內(nèi)容與地位普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗教科書，物理1必修模塊第四章《牛頓運動定律》的第二節(jié)《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》是學(xué)習(xí)牛頓第二定律的基礎(chǔ)，是本章的重點內(nèi)容，它闡明了物體的加速度跟力和質(zhì)量間的定量關(guān)系，是在實驗基礎(chǔ)上建立起來的重要規(guī)律，在理論與實際問題中都有廣泛的運用．2．教學(xué)重點、難點教學(xué)重點：引導(dǎo)學(xué)生探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系的過程教學(xué)難點：通過實驗數(shù)據(jù)畫出圖像，根據(jù)圖像導(dǎo)出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系式3．教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：1）經(jīng)歷探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系的過程，得出加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系能力目標(biāo)1） 培養(yǎng)觀察能力、質(zhì)疑能力、分析解決問題的能力和交流合作能力．2） 了解控制變量法、圖像法等科學(xué)研究方法的應(yīng)用．情感態(tài)度價值觀讓學(xué)生親身感受物理的科學(xué)探究活動，學(xué)習(xí)探索物理世界的方法和策略，培養(yǎng)學(xué)生的思維。二、 教法和學(xué)法設(shè)計的中心思想探究性學(xué)習(xí)是新一輪課程改革中物理課程標(biāo)準(zhǔn)里提出的重要課程理念，其宗旨是改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，突出學(xué)生的主體地位，物理教師不但應(yīng)該接受這一理念，而且必須將這一理念體現(xiàn)到教學(xué)行為中去。對學(xué)生而言，學(xué)習(xí)也是一種經(jīng)歷，其中少不了學(xué)生自己的親身體驗，老師不能包辦代替。物理教學(xué)要重視科學(xué)探究的過程，要從重視和設(shè)計學(xué)生體驗學(xué)習(xí)入手，讓學(xué)生置身于一定的情景，去經(jīng)歷、感受。探究式教學(xué)是美國教育學(xué)家布魯納在借鑒了杜威的學(xué)習(xí)程序理論的基礎(chǔ)上首先提出的，主要可分為兩類：①引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)式：創(chuàng)設(shè)情景一一觀察探究一一推理證明一一總結(jié)練習(xí)；②探究訓(xùn)練式：遇到問題——搜集資料和建立假說——用事實和邏輯論證——形成探究能力。經(jīng)教學(xué)實踐，形成以“引導(dǎo)——探究式”為主要框架，比較適合國內(nèi)的實用教學(xué)模式。他是以解決問題為中心，注重學(xué)生獨立鉆研，著眼于思維和創(chuàng)造性的培養(yǎng)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，仿造科學(xué)家探求未知領(lǐng)域知識的途徑，通過發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、創(chuàng)造性地解決問題等去掌握知識，培養(yǎng)創(chuàng)造力和創(chuàng)造精神。三、 教學(xué)媒體小車、細(xì)線、鉤碼、帶滑輪的長木板、氣墊導(dǎo)軌、氣源、兩個光電開關(guān)和與之配套的數(shù)字計時器、滑塊、金屬片、黃沙、小桶、托盤天平、打點計時器、紙帶、坐標(biāo)紙、刻度尺四、 案例設(shè)計（一）復(fù)習(xí)導(dǎo)入教師：什么是物體運動狀態(tài)的改變?物體運動狀態(tài)發(fā)生變化的原因是什么?學(xué)生：物體運動狀態(tài)的改變就是指物體速度發(fā)生了改變，力是使物體運動狀態(tài)發(fā)生變化的原因．教師：物體運動狀態(tài)的改變，也就是指物體產(chǎn)生了加速度．加速度大，物體運動狀態(tài)變化快；加速度小，物體運動狀態(tài)變化慢．弄清物體的加速度是由哪些因素決定的，具有十分重要的意義．那么物體的加速度大小是由哪些因素有關(guān)呢?演示實驗：實驗裝置：長木板上用細(xì)線拴住一個小車，通過一個定滑輪與小桶相連第一組實驗：控制小車的質(zhì)量不變，向小桶里面分別加入一個、兩個鉤碼時比較小車速度變化的快慢第二組實驗：控制小桶的質(zhì)量不變，向小車?yán)锩娣謩e加入一個、兩個鉤碼是比較小車速度變化的快慢教師：請同學(xué)們根據(jù)自己的經(jīng)驗對和對實驗現(xiàn)象的觀察對加速度大小是由哪些因素有關(guān)這個問題展開討論。學(xué)生：物體的加速度a跟力F、物體質(zhì)量m有關(guān).（二）探究加速度a跟力F、物體質(zhì)量m的關(guān)系1．定性討論a、F、m的關(guān)系教師：很好，那同學(xué)們可不可以結(jié)合我們剛才的演示實驗大膽的猜想一下他們?nèi)齻€物理量之間定性的來分析是一種什么樣的的關(guān)系呢？學(xué)生：分小組討論．教師：在學(xué)生分組討論的基礎(chǔ)上，請各組派代表匯報討論結(jié)果．引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出定性的結(jié)論：當(dāng)m一定時F越大，a就越大；當(dāng)F—定時，m越大，a就越?。?．定量研究a、F、m的關(guān)系（1）設(shè)計實驗方案教師：同學(xué)們回答的很好，我們得到了a與F、m有定性的關(guān)系，下面我們?nèi)绾味康貋硌芯窟@三個物理量之間的關(guān)系呢？教師：首先請同學(xué)們思考，既然物體的加速度a跟力F、物體質(zhì)量m有關(guān)，那我們要研究這三個物理量之間的關(guān)系，我們首先應(yīng)確立研究方法，同學(xué)們，我們采用那一種研究方法來研究這三個物理量之間的關(guān)系呢？學(xué)生：控制變量法（此方法初中已有涉及）教師：同學(xué)們回答的很好，同時我們也應(yīng)當(dāng)明確要想研究這三個物理量之間的關(guān)系，我們還應(yīng)測出這三個物理量，而測這三個物理量，我們還應(yīng)需要一些器材，下面請同學(xué)們一邊跟著老師一邊熟悉實驗的器材，一邊思考如何來設(shè)計實驗，來找出這三個物理量之間的關(guān)系。教師：指出講臺上放有氣墊導(dǎo)軌、氣源、兩個光電開關(guān)和與之配套的數(shù)字計時器、滑塊、細(xì)線、黃沙、小桶、托盤天平、一端帶有滑輪的長木板、小車、鉤碼、打點計時器、紙帶、刻度尺，并說明每個光電開關(guān)與數(shù)字計時器一起能測出一定寬度的遮光板通過它的時間進(jìn)而測出物體的瞬時速度后，讓學(xué)生根據(jù)給定的器材設(shè)計實驗方案，并在小組討論基礎(chǔ)上，全班交流．在大家互相啟發(fā)、補充的過程中形成較為完善的方案．學(xué)生：設(shè)計出如下實驗方案．方案一以小車、打點計時器、紙帶、長木板、細(xì)線、小桶、鉤碼、砝碼、刻度尺、天平為器材，研究小車的運動.用天平測出小車的質(zhì)量，測出小桶的質(zhì)量m2,把小桶與小桶

中砝碼的總重力mzg當(dāng)作小車受到的拉力F,從打點計時器打出的紙帶上測出△s,由As=at2計算出小車的加速度a.方案二以氣墊導(dǎo)軌、氣源、兩個光電開關(guān)、數(shù)字計時器、滑塊、刻度尺、細(xì)線、小桶、砝碼、鉤碼、天平為器材研究滑塊的運動.用天平測出滑塊的質(zhì)量叫，測出小桶的質(zhì)量m,把小桶與小桶中砝碼的總重力m，g當(dāng)作滑塊受到的拉力F,用導(dǎo)軌旁邊的刻度尺測出兩光電開關(guān)的距離s，用刻度尺測出固定在滑塊上的遮光片的寬度△$,根據(jù)數(shù)字計時器給出的遮光片分別通過前后兩個光電開關(guān)所經(jīng)歷的時間竺、竺，由于公空，因此可以根據(jù)Vi=△$/△t|和V=△$/△七2計算出滑塊在兩光電開關(guān)間運動時的初、末速度，再由v2~v2=2as0計算出滑塊的加速度a.教師引導(dǎo)學(xué)生討論兩種方案的可行性，讓學(xué)生踴躍發(fā)表自己見解.教師：上述兩種方案都是可行的.但前一種方案中小車受到的摩擦力較大，實驗誤差較大，因此就得想辦法消除摩擦力的影響，那么如何消除摩擦力呢?建議有興趣的同學(xué)自己利用課余的時間去實驗室用前一種方案或其他方案進(jìn)行實驗探索.本節(jié)課我們采用上述后一種方案進(jìn)行實驗探究.在這個方案中，我們把小桶與小桶中黃沙的總重力mg當(dāng)作滑塊（包括上面的金屬片）受到的拉力，這是有條件的，這條件就是m?mz（m為小車與鉤碼或滑塊與鉤碼的總質(zhì)量）.（2）進(jìn)行實驗探究說明：為了讓學(xué)生能有條不紊地進(jìn)行實驗，將研究內(nèi)容、實驗步驟和數(shù)據(jù)記錄表格（如下）印刷好下發(fā)給學(xué)生，同時實驗前簡要說明數(shù)字計時器的使用方法，強調(diào)實驗過程應(yīng)使氣墊導(dǎo)軌保持水平，兩光電開關(guān)間距要盡可能大些，盡可能使m，遠(yuǎn)大于m（如果m，220m,則可認(rèn)為m，?m）等注意事項后讓學(xué)生開始動手實驗。同時，把全班學(xué)生分成6個小組，第1組?第3組學(xué)生分別完成（表1）中從實驗次數(shù)1?4各項目的填寫與計算，第4組?第6組學(xué)生分別完成（表2）中從實驗次數(shù)1?4各項目的填寫與計算.【研究內(nèi)容】研究m一定時，a與F的關(guān)系【研究步驟】①用天平分別測出滑塊的質(zhì)量m= g,小桶質(zhì)量m= g,則滑塊總質(zhì)量m等于m加上放在它上面的金屬片的質(zhì)量Aim.②在桶中放置質(zhì)量為Aim的黃沙，則m，=m+△m,當(dāng)m?m，時，認(rèn)為F=m，g（g取9.8m/s2）．用刻度尺測出遮光片的寬度 m,用軌道邊上的標(biāo)尺測出兩光電開關(guān)之間的距離= m.實驗時，保持s不變，把各次滑塊運動中遮光片經(jīng)過前后光電開關(guān)的時間△t>^t3代入公式a=(代入公式a=(As￥(As￥十氣計算出各次滑塊運動的加速度，并把實驗數(shù)據(jù)填入表1．表1研究m一定時，滑塊加速度a與其受力F的關(guān)系

滑塊質(zhì)量實驗小桶里黃小桶與黃滑塊加速度滑塊受的m1= _g次數(shù)沙質(zhì)量△沙總質(zhì)量△/ △於a/(m.s-2)拉力F/N1 D滑塊總質(zhì)量m2/gm'/gm= _g1小桶質(zhì)量m2= _g22 D遮光片寬度△s= m3兩光電開關(guān)間距4s0= m實驗的結(jié)論1】 【研究內(nèi)容二】研究a與m的關(guān)系（F—定）【研究步驟】①用天平分別測出單個滑塊的質(zhì)量m1= g,小桶質(zhì)量m2= g,則各次實驗中滑塊總質(zhì)量m等于ml加上放在它上面的鉤碼的質(zhì)量△ml.在小桶中放置質(zhì)量為^m2的砝碼，則m'=m2+Am2，當(dāng)mm‘時，認(rèn)為F=m，g（g取9.8m/s2）,并保持m不變.用刻度尺測出遮光片的寬度△$= m,用軌道邊上的標(biāo)尺測出兩光電開關(guān)之間的距離s0= m.實驗時，保持s0不變，把各次滑塊運動中遮光片經(jīng)過光電開關(guān)的時間△tl.^t2代入公式a=入公式a='As丫工［丿十氣，計算出各次滑塊運動的加速度，把實驗數(shù)據(jù)填入表2表2研究滑塊加速度a與滑塊總質(zhì)量m的關(guān)系（拉力F—定）滑塊質(zhì)量m2=滑塊質(zhì)量m2=g

小桶質(zhì)量m2= g小桶與黃沙的

總質(zhì)量

m'= g遮光片寬度

△s= m兩光電開關(guān)間

距實驗次

數(shù)滑塊與金屬片質(zhì)量△ △tjs △tjsm/g滑塊加速度滑塊與金屬a/（m?s-2）片質(zhì)量m/gs0= m實驗的結(jié)論2】教師：同學(xué)們實驗做得都非常好，哪些同學(xué)愿意把我們的實驗數(shù)據(jù)一起與大家分享？（教師在6組學(xué)生中各收取一位同學(xué)記錄的數(shù)據(jù)，然后分別對1至3組同學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。）教師：下面請同學(xué)們仔細(xì)觀察這三組數(shù)據(jù)，從定性的角度來看，我們很容易得到，當(dāng)質(zhì)量m一定時，物體的加速度隨力的增大而增大，那我們?nèi)绾味康牡玫剿麄冎g的關(guān)系呢？請同學(xué)們討論一下。學(xué)生：在坐標(biāo)紙上作a-F的圖像，通過圖我們可以定量的得到a與F的關(guān)系。教師：回答的很好，下面我們在這三位同學(xué)中找一組數(shù)據(jù)，請同學(xué)們一起作圖像。（教師找一些圖像做得比較好的同學(xué)，通過實物投影儀向全體同學(xué)展示，引導(dǎo)同學(xué)得出實驗結(jié)論1）實驗結(jié)論1：當(dāng)物體的質(zhì)量一定時，a與F成正比教師：我們可不可以用同樣的方法來研究a與m的關(guān)系呢？（教師展示4至6組同學(xué)的數(shù)據(jù)，首先還是觀察數(shù)據(jù)，定性的分析加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系，然后要求同學(xué)們做a—m圖像，當(dāng)學(xué)生在坐標(biāo)紙上畫出a-m圖像進(jìn)時，同樣找一些作圖比較好的同學(xué)，向全體同學(xué)展示）教師：從圖像中我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著物體質(zhì)量m的增加，物體的加速度在減少，因此能不能就此馬上斷言a與m成反比？學(xué)生：不能教師：我們能不能猜想a與m成反比？如何證明這種猜想是否正確?請思考討論.學(xué)生：可以畫出a與丄圖像，看它是否為過原點的直線.m學(xué)生：還可以通過計算a與m的比值來判斷.11教師：讓學(xué)生計算出對應(yīng)各次實驗的一，在坐標(biāo)紙上作出a-圖像.mm學(xué)生：確實實驗得到的直線是接近過原點的，實驗誤差允許范圍內(nèi)a與m是成反比（F一定時）的．實驗結(jié)論2：當(dāng)F—定時，a與m成反比說明這里開展一系列討論的目的是為了讓學(xué)生體會從a-m圖像轉(zhuǎn)化到a-丄圖像的m意義，認(rèn)識圖像法描述物理規(guī)律的作用．教師：本實驗只是讓我們對于自然規(guī)律的探究有所體驗，實際上一個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡單的測量實驗就能得出，還需要通過大量的實驗事實來論證，五、小節(jié)六、 研究性學(xué)習(xí)：以小組為單位研究本實驗還有那些設(shè)計方案，并如何測這三個物理量的關(guān)系七、 作業(yè)：結(jié)合自己作出的圖像，去分析誤差產(chǎn)生的原因。八、 案例評析本節(jié)課教學(xué)設(shè)計的思路是：首先提出物體的加速度是由哪些因素決定的這個問題，通過演示實驗引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己已有的經(jīng)驗進(jìn)行定性探究，在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生經(jīng)歷觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗數(shù)據(jù)、處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗數(shù)據(jù)最終得出加速度與力合質(zhì)量的關(guān)系本節(jié)課教學(xué)設(shè)計為創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生主動參與探究加速度、質(zhì)量、力三者關(guān)系的

全過程，通過實驗測量加速度、力、質(zhì)量，分別作出表示加速度與力、加速度與質(zhì)量的關(guān)系的圖像，根據(jù)圖像導(dǎo)出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系式．學(xué)習(xí)過程中引導(dǎo)體會科學(xué)的研究方法——控制變量法、圖像法的應(yīng)用，培養(yǎng)觀察能力、質(zhì)疑能力、分析解決問題的能力和交流合作能力，同時體驗到探究的樂趣．在實驗方案設(shè)計分析、應(yīng)用圖像探究規(guī)律等問題解決